O documento discute instrumentos de medição de pressão. Ele descreve os principais tipos de instrumentos como colunas, manômetros de Bourdon e diafragma. Também discute conceitos como pressão atmosférica, absoluta e relativa. O documento fornece detalhes sobre como cada instrumento funciona e medidas importantes para proteger e manter instrumentos de medição de pressão.

1. INSTRUMENTOS DE
PRESSÃO
Professor Marcelo Magalhaes Barbosa

2. Pressão
É a relação entre uma força e a área plana
sobre a qual essa força é uniformemente
distribuída, sendo o plano da área
perpendicular à direção da força.
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Instrumetos de Pressão
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3. Unidades de medida de
pressão mais utilizadas
Sistema Métrico:
kgf/cm²;
Sistema Inglês:
PSI (Libra por Polegada Quadrada);
Sistema Internacional:
N/m².
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4. Pressão Atmosférica
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5. Evangelista Torricelli
Faenza, 15 de Outubro de 1608 — Florença, 1647
Físico e matemático italiano
Tubo de Torricelli - 1643
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6. Pressão Relativa
É a pressão medida em relação à pressão
atmosférica existente no local, podendo ser
positiva ou negativa. A pressão relativa
recebe ainda os nomes de pressão efetiva e
pressão manométrica.
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7. Pressão Absoluta
É a pressão positiva, a partir do vácuo
perfeito, ou seja é a soma da pressão
atmosférica do local e da pressão relativa.
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8. Pressão Relativa X Pressão Absoluta
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9. Pressão hidrostática
(Pressão dos líquidos)
Sabemos que existe uma pressão exercida pelo peso do
líquido no fundo do vaso e esta pressão está relacionada com
altura do líquido e a sua densidade ou peso específico,
P= h x d
Logo não importa o formato do vaso que contém o líquido, a
pressão será sempre a mesma, desde que tenha o mesmo
nível e o mesmo líquido.
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10. Resumo de conceitos
Pressão é a força que atua numa superfície de área igual a 1.
A pressão atmosférica que se exerce sobre todos os corpos na
superfície da terra resulta do peso da camada atmosférica e para fins
habituais pode ser considerada igual a: 1 atm = 760 mmHg = 10,33
mH2O = 1,033 Kg/cm² = 14,7 psi = 1,013 bar = 101302 N/m²
Pressão absoluta = pressão relativa + pressão atmosférica.
Normalmente medimos a pressão relativa.
Para pressões absolutas menores que a pressão atmosférica
medimos o vácuo.
Vácuo = pressão atmosférica - pressão absoluta.
Num sistema de vasos comunicantes o líquido contido no sistema se
mantém no mesmo nível em todos os recipientes quaisquer que
sejam os formatos desses recipientes.
A pressão no interior de um líquido resulta do peso do líquido por
uma unidade de área no ponto considerado, sendo função apenas da
profundidade do ponto e não da quantidade de líquido no sistema.
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11. CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS
INSTRUMENTOS DE PRESSÃO
Instrumentos que medem a pressão equilibrando-a com
outra pressão ou força conhecida;
Exemplo: colunas e campânulas;
Instrumentos que medem por deformação elástica;
Exemplo: Bourdon, espiral, hélice diafragma e fole;
Instrumentos que medem através de alteração de
propriedades físicas;
Exemplo: cristal piezo-elétrico e dissipador de calor.
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12. Colunas medidoras de
pressão
Para medir a pressão, uma das práticas mais
comuns é a de equilibrar a pressão a ser
medida com a pressão exercida por uma
coluna líquida.
Existem três tipos de colunas:
Coluna em “U”;
Coluna Reta Vertical;
Coluna Reta Inclinada.
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13. Coluna em “U”
É constituída por um tubo de material
transparente, recurvado em forma de
“U” e fixado sobre uma escala
graduada.
Pode ser utilizada como manômetro,
vacuômetro ou como medidor de
pressão diferencial. É a mais utilizada
como instrumento padrão para baixas
pressões.
O tubo é cheio até seu ponto médio, de
um líquido com densidade relativa
conhecida (água, álcool, Hg, etc.)
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14. Coluna Reta Vertical
A pressão sendo aplicada no ramo
de maior área provoca um pequeno
deslocamento vertical nesse ramo,
enquanto na de menor diâmetro
teremos um grande deslocamento
vertical do fluído.
Somente é feita a leitura no ramo de
menor diâmetro. A leitura pode ser
feita em mm CA, mmHg, psi, etc.
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15. Coluna Reta Inclinada
O tubo de pequeno diâmetro é inclinado de
acordo com um certo ângulo, de maneira a
obter um grande deslocamento do líquido no
tubo, para pressão muito pequena.
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16. Campânula
Consiste num recipiente emborcado em um líquido
de selagem, criando-se dessa forma uma câmara.
A pressão age nessa câmara, forçando a
campânula contra uma mola, que a retém na
posição de repouso.
Esse movimento é aproveitado para acionar um
dispositivo de indicação.
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17. Patente – 1849 – França
Patente – 1852 - USA
Eugène Bourdon
(França – Paris 8/4/1808-29/9/1884 França – Paris)
Relojoeiro e Engenheiro
Fundou em 1832 a Bourdon Sedeme Company
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18. Manômetro de tubo Bourdon
Este tipo de sensor é um dos
mais utilizados atualmente na
indústria, tendo uma faixa de
trabalho de 0,5 a 2500 Kg/cm².
É constituído de um tubo em
forma de “C” que terá o seu
deslocamento proporcional à
pressão aplicada.
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19. Bourdon em Espiral e Hélice
São tubos Bourdon,
enrolados como hélice
cilíndrica de vários passos ou
como espirais.
Apresentam maior
sensibilidade, uma vez que o
formato hélice ou espiral
proporciona um efeito de
soma de vários tubos
Bourdon, resultando num
maior deslocamento da
extremidade livre para uma
dada mudança de pressão.
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20. Principais vantagens dos manômetros
dos tipos espiral e helicoidal são:
Movimento de maior amplitude;
Mais força;
Resposta mais rápida;
Redução da faixa morta;
Maior precisão.
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21. Manômetro tipo Diafragma ou
Membrana
O princípio fundamental de operação é baseado na
lei de Hooke, em que no regime elástico as
deformações são proporcionais aos esforços
aplicados. No caso em questão, a deflexão do
elemento sensor é proporcional à pressão aplicada.
Existem dois tipos de elementos diafragmas:
Diafragma metálico, o qual utiliza sua própria característica
de deflexão.
Diafragma não metálico, reposicionado por uma mola
previamente calibrada ou um similar elemento elástico.
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22. Manômetro de Diafragma
Metálico
Consiste basicamente de um disco ondulado
ou corrugado (a fim de aumentar sua área
efetiva) cuja borda é fixa à carcaça.
Uma haste fixa ao centro do disco
está ligada a um mecanismo de indicação.
Quando uma pressão é aplicada, o
diafragma se desloca e esse deslocamento é
proporcional à pressão aplicada.
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23. Manômetro de diafragma
metálico
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24. Manômetro de Diafragma não
metálico
Consiste basicamente de um
disco ondulado ou corrugado (a
fim de aumentar sua área efetiva)
cuja borda é fixa à carcaça.
Uma haste fixa ao centro do disco
está ligada a um mecanismo de
indicação. Quando uma pressão é
aplicada, o diafragma se desloca
e esse deslocamento é
proporcional à pressão aplicada.
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25. Manômetro de Fole (Bellows)
O fole é também empregado na medição de
pressão. Ele é basicamente um cilindro
metálico, corrugado ou sanfonado, fabricado com
uma lâmina fina de bronze fosforoso, aço
inoxidável ou outros materiais de boa
flexibilidade.
Quando uma pressão é aplicada ao interior do
fole, provoca sua distensão, e como ela tem que
“vencer” a flexibilidade do material, o
deslocamento é proporcional à pressão aplicada.
Do mesmo modo, se a pressão for aplicada à
parte externa, provocará a contração do fole.
O manômetro de fole é utilizado apenas para
medir baixas pressões.
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26. Outros Tipos de Instrumentos
de Pressão
São mais instrumentos de precisão para
laboratório do que propriamente medidores
industriais.
Os tipos mais comuns são:
Tipo cristal piezo-elétrico;
Tipo dissipação de calor.
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27. Medidor de pressão do tipo
cristal piezo-elétrico
Esse instrumento utiliza um
cristal de quartzo, ao qual
são aplicadas pressões a
medir. O cristal de quartzo
apresenta variação de
propriedades elétricas
proporcionais às tensões a
que seja submetido.
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28. Medidor de pressão do tipo
dissipação de calor
apresenta, em uma ponte elétrica, duas
resistências aquecidas pela corrente.
Uma das resistências está num recinto sob a
pressão a medir, enquanto a outra está
sujeita à pressão atmosférica.
Sabe-se que qualquer variação na densidade
da atmosfera que envolva o fio
aquecido altera a taxa de dissipação de
calor e, portanto, a temperatura.
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29. Cuidados Importantes nas Instalações dos
Instrumentos Medidores de Pressão.
Habitualmente devido ao custo reduzido e ao grande número de
manômetros reservas, muitas indústrias não se empenham no
sentido de proteger convenientemente esses instrumentos,
acarretando com isso, sérios prejuízos financeiros, operacionais
e, até mesmo, colocando em risco a segurança tanto dos
equipamentos quanto dos elementos envolvidos na operação e
manutenção dos sistemas a que tais instrumentos pertençam.
Recomendam-se proteções para medidores de pressão nos
seguintes casos:
Pulsação do Fluído sob Medição;
Vibração da Linha (ou Painel) de Apoio do Manômetro;
Corrosão Exagerada ou Solidificação à Temperatura Ambiente;
Temperaturas Elevadas no Tubo e nas Partes Sensíveis do
Instrumento;
Eventuais Sobrecargas de Pressão.
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30. Pulsação do Fluído sob
Medição
Pulsações rápidas e freqüentes afetam
diretamente o “movimento” (conjunto setorpinhão) nos dentes e nos rolamentos das
engrenagens. Há inúmeros dispositivos de
proteção para esse tipo de pulsação. De
modo geral, são obstáculos ou restrições que
impedem a propagação violenta das
pulsações, sem obstruir seriamente a
passagem até o elemento primário.
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31. Vibração da Linha (ou Painel)
de Apoio do Manômetro
Ainda dessa vez afetando o “movimento”. Só
uma reinstalação específica para cada caso
poderá solucionar esse tipo de problema.
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32. Corrosão Exagerada ou Solidificação à
Temperatura Ambiente
Encontraremos por exemplo, o caso de linhas de
óleo combustível que pode solidificar à temperatura
ambiente. Para impedir corrosão nas ligações e no
tubo Bourdon usa-se selagem. A selagem é a
inclusão de um líquido para impedir o contato
corrosivo ou a solidificação. Pode-se usar ou não
um diafragma entre os dois líquidos; de modo geral,
esses dispositivos protetores podem ser fornecidos
pelo próprio fabricante dos manômetros.
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33. Temperaturas Elevadas no Tubo e nas
Partes Sensíveis do Instrumento
Esse problema ocorre, por exemplo, em
linhas de vapor. A proteção para esses
casos é o uso de um “sifão”. O sifão provê
um pequeno depósito de condensado que
protege as partes mais delicadas do
instrumento;
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34. Eventuais Sobrecargas de
Pressão
A proteção contra inevitáveis sobrecargas é
a utilização de manômetros na metade de
sua escala para a pressão de operação.
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35. Cuidados Importantes na Operação e Manutenção
dos Instrumentos Medidores de Pressão
“Nunca deve ser utilizado instrumento com resíduos de óleo ou
qualquer derivado do petróleo para medições de oxigênio”;
Ferramentas antifaiscantes deverão ser utilizadas nos sistemas que
utilizam hidrogênio;
A colocação em operação de um instrumento que supervisiona
pressão deve ser efetuada lentamente, a fim de se evitar aumentos
bruscos de pressão que podem danificar o elemento sensor;
Os limites operacionais (pressão, temperatura, grau de pureza,
contaminação, conexões adequadas, etc.) deverão ser obedecidos, a
fim de se garantir a eficiência, precisão e segurança dos valores
obtidos;
A retirada e colocação de instrumentos em operação deverão ser
feitas obedecendo rigorosamente às normas de operação onde
estarão contidas todas as medidas de segurança, para cada tipo de
equipamento a ser manuseado.
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36. TABELA DE CONVERSÕES
UNIDADES DE PRESSÃO
mm
H2O
Polegadas
Hg
mm
Hg
Bar
mBar
kgf/cm²
gm/cm²
27,762
705,15
2,0360
51,715
0689
68,947
0,0703
70,307
1
4,0266
102,274
0,2953
7,5007
0100
10,000
0,0102
10,1972
0,0361
0,2483
1
25,421
0,0734
1,8650
0,0025
2,4864
0,0025
2,5355
mm
H2O
0,0014
0,0098
0,0394
1
0,0028
0,0734
0,0001
0,0979
0,00001
0,0982
Polegadas
Hg
0,4912
3,3867
13,620
345,9400
1
25,4000
0,0339
33,864
0,0345
34,532
mm
Hg
0,0193
0,1331
0,5362
13,6200
0,0394
1
0,0013
1,3332
0,0014
1,3595
Bar
14,504
100,00
402,18
10215,0
29,530
750,06
1
1000
1,0197
1019,7
mBar
0,0145
0,1000
0,4022
10,2150
0,0295
0,7501
0,001
1
0,0010
1,0197
kgf/cm²
14,223
97,9047
394,41
10018,0
28,959
735,56
0,9000
980,70
1
1000
Gm/cm²
0,0142
0,0979
0,3944
10,0180
0,0290
0,7356
0,0009
0,9807
0,001
1
PSI
KPA
PSI
1
6,8947
KPA
0,1450
Polegadas
H2O
22/10/2013 10:38
Polegadas
H2O
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37. Observação sobre unidades
de medida
Na unidade americana libra-força por
polegada quadrada, são usuais as siglas
psia (pounds-force per square inch absolute)
para pressão absoluta e psig (pounds-force
per square inch gauge) para pressão relativa.
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38. PRODUÇÃO
Professor Marcelo Magalhaes Barbosa
mmbarbosasenaibm@gmail.com